曲鳴飛，張文濤(北京電子科技職業(yè)學(xué)院自動(dòng)化工程學(xué)院，北京100176)

基于無線局域網(wǎng)的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曲鳴飛，張文濤
(北京電子科技職業(yè)學(xué)院自動(dòng)化工程學(xué)院，北京100176)

在分析通信電源監(jiān)控系統(tǒng)功能要求和性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，以嵌入式S3C2440 AL芯片為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了由終端系統(tǒng)和中心服務(wù)器組成的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)的終端系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成基站設(shè)備電壓、電流及環(huán)境變量的數(shù)據(jù)采集，并利用嵌入式網(wǎng)關(guān)與因特網(wǎng)相連，并通過因特網(wǎng)將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至中心服務(wù)器。中心服務(wù)器對各個(gè)基站設(shè)備進(jìn)行集中管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程的遠(yuǎn)程監(jiān)視及控制。硬件調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、控制簡單方便，具有一定的推廣價(jià)值。

通信電源；實(shí)時(shí)監(jiān)控；無線局域網(wǎng)；嵌入式

通信是我國發(fā)展最迅速、技術(shù)更新最快的行業(yè)之一。而隨著通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的日益復(fù)雜，通信電源的工作穩(wěn)定性成為通信可靠的重要保障。特別是近幾年移動(dòng)基站的大量建設(shè)，造成了通信電源設(shè)備的地域分散，給人工性集中管理帶來了很大的困難。

為了實(shí)現(xiàn)通信電源系統(tǒng)的無人值守，必須對系統(tǒng)中的電源設(shè)備進(jìn)行智能化的監(jiān)控管理。這些智能化的電源監(jiān)控系統(tǒng)必須具有可靠的數(shù)據(jù)采集功能、完善的通信網(wǎng)絡(luò)體系，對于提高設(shè)備監(jiān)控質(zhì)量，減少事故發(fā)生，提高電源的安全性和可靠性，保障通信的順利進(jìn)行具有重要的作用[1]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)提供了有力的技術(shù)支持，特別是嵌入式技術(shù)的發(fā)展，使終端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及處理等環(huán)節(jié)的技術(shù)指標(biāo)得到了很大的提高。本設(shè)計(jì)就是在嵌入式技術(shù)支持下構(gòu)建的通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

1 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)功能分析

20世紀(jì)90年代，我國的通信電源監(jiān)控開始進(jìn)行應(yīng)用。到

同PSMS動(dòng)力設(shè)備及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)的基本原理一樣，一個(gè)完整的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該具有三層基本結(jié)構(gòu)，這三層結(jié)構(gòu)分別為底層數(shù)據(jù)采集層、中間通信及數(shù)據(jù)處理層、遠(yuǎn)程控制中心層，這三層自下而上運(yùn)行的是數(shù)據(jù)流，主要是各種設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，自上而下運(yùn)行的是控制流，主要是控制命令的下達(dá)。

圖1　PSMS動(dòng)力設(shè)備及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

EMERSON公司的PSMS動(dòng)力設(shè)備與環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)具有較為靈活的組網(wǎng)形式，可利用E1、IP、DDN/LL、PSTN、ISDN、WAN等傳輸資源組網(wǎng)，但這些數(shù)據(jù)傳輸方式都是有線的傳輸方式，已不太適應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展要求。

隨著無線傳輸技術(shù)的發(fā)展，采用無線傳輸方式構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)的通信方式已經(jīng)成為一種重要的選擇。

2 基于無線局域網(wǎng)的通信設(shè)計(jì)

無線局域網(wǎng)(WLAN)是利用射頻RF無線信道或紅外信道取代有線傳輸介質(zhì)所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)。目前WLAN的最高數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)達(dá)到54 Mbit/s，傳輸距離可從10 m～10 km，具有靈活機(jī)動(dòng)、可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)[2]。

無線局域網(wǎng)由無線網(wǎng)卡、無線網(wǎng)線、集線器、路由器等部分組成，基本服務(wù)集如圖2所示。

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的底層通信系統(tǒng)采用無線局域網(wǎng)的方式構(gòu)建，各數(shù)據(jù)采集終端采用IDU一體化采集器，可以提供電源設(shè)備模擬量、開關(guān)量的數(shù)據(jù)采集，IDU模塊上加裝無線射頻模塊，在本設(shè)計(jì)中選用CC1101芯片；整個(gè)無線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用多接入點(diǎn)方式，以每個(gè)攜帶IDU設(shè)備的基本服務(wù)集為單一終端節(jié)點(diǎn)，多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)以樹型、環(huán)型或星型結(jié)構(gòu)接入主干有線網(wǎng)，信道的接入采用MAC控制協(xié)議，并采用CSMA多址接入?yún)f(xié)議的防數(shù)據(jù)沖突方式，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2　WLAN基本服務(wù)集

圖3　基于WLAN的底層通信網(wǎng)

底層通信網(wǎng)與上層因特網(wǎng)之間的通信利用嵌入式網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)，在本設(shè)計(jì)中所選用的芯片為S3C2440AL，主頻400 MHz，64 MB的SDRAM及256 MB的Nand Flash，同時(shí)底板上配置USB接口、UART串口、存儲(chǔ)口及網(wǎng)絡(luò)接口，主要資源如圖4所示，可以很好地完成無線局域網(wǎng)與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。

圖4　嵌入式網(wǎng)關(guān)資源

3 總結(jié)

本系統(tǒng)完成了一個(gè)通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)分為三層結(jié)構(gòu)，底層數(shù)據(jù)通信采用無線局域網(wǎng)來構(gòu)成。WLAN利用IDU作為多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以環(huán)型、星型或樹型方式組網(wǎng)，以S3C2440AL作為網(wǎng)關(guān)與Internet網(wǎng)進(jìn)行相連，因此具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、安全可靠的優(yōu)勢。

[1]崔恒源.移動(dòng)通信基站電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[D].長沙：湖南大學(xué)，2009：16-18.

[2]屈軍鎖.物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2011：89-125.

Design of communication power monitoring system based on wireless local area network

QU Ming-fei,ZHANG Wen-tao
(College of Automation Engineering,Beijing Polytechnic,Beijing 100176,China)

On the basis of analysis of communication power supply monitoring system functional requirements and performance indicators,the communication power monitoring system by the end systems and the central servers based on embedded S3C2440AL chip were designed.The system was responsible for the completion of data acquisition of terminal station device voltage,current,and environment variables.And it was connected with Internet which used the embedded gateway and sent the real-time data to the central server through Internet.The center management was made the central server for each base station equipment.Remote monitoring and control in the process of equipment operation were realized.Hardware debugging results show that the system has stable and reliable work,simple and convenient control,and it has a certain popularization value.

communication power supply;real-time monitoring;wireless local area network(LAN);the embedded

TM 769

A

1002-087 X(2016)01-0213-02

2015-08-12

曲鳴飛(1979—)，男，遼寧省人，工程碩士，講師，主要研究方向?yàn)槲C(jī)控制。今天為止，大多數(shù)的通信基站都安裝有相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，圖1 為EMERSON公司的PSMS動(dòng)力設(shè)備與環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)分為三層，處于最低層的是監(jiān)控站SU，主要的功能是對端局進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)及圖像的采集工作，同時(shí)執(zhí)行監(jiān)控中心下達(dá)的控制命令。需要采集的數(shù)據(jù)主要有溫濕度、水浸、煙感、門禁等環(huán)境變量及電源的電流、電壓，空調(diào)、UPS等智能設(shè)備數(shù)據(jù)。處于中間層的為監(jiān)控中間站SS，其主要功能是對監(jiān)控站SU的上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果發(fā)送給上層監(jiān)控中心SC，同時(shí)接收SC下達(dá)的控制命令。監(jiān)控中心SC處于監(jiān)控系統(tǒng)的最上端，一般由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)控業(yè)務(wù)臺(tái)、打印機(jī)及相關(guān)附屬設(shè)備組成，主要的功能是完成全網(wǎng)監(jiān)控信息的統(tǒng)計(jì)分析和處理工作，同時(shí)將告警信息或控制命令下達(dá)給SC中間層，直至SU層。